微透鏡光纖干涉儀探測微米線機械振子振動模式的新方案

　　中科院強磁場科學中心薛飛研究團隊提出利用微透鏡光纖干涉儀探測微米線機械振子振動模式的新方案。相關成果分別以Measuring the orientation of the flexural vibrations of a cantilevered microwire with a micro-lens fiber-optic interferometer和Determining the orientation of the flexural modes of a thermally driven microwire cantilever為題發表于《應用物理快報》(Applied Physics Letters)和《應用物理雜志》(Journal of Applied Physics)。

　　機械振子(Mechanical Resonator) 是具有特定共振頻率的機械結構，在自然界中的普遍存在，小到分子尺度，大到星系宇宙，都能找到它的身影。在日常生活中，機械振子也已廣泛應用于建筑，鐘表，樂器，生物等領域。隨著微納加工技術的進步，機械振子的尺寸變得越來越小，在很大程度上帶動了原子力顯微鏡、分子馬達等相關領域的蓬勃發展。近年來，以懸臂梁式微米線和納米線為代表的機械振子被用來實現對微小物理量（如質量，力，溫度梯度等）的靈敏探測。有研究指出，對懸臂梁振動模式的分辨有助于進一步提高探測的靈敏度，因此對于機械振子振動模式的探測成為了重要課題。

　　有限元模擬分析可以給出振動模式的理論描述，實驗的表征手段主要是激光多普勒振動儀。由于只能測到平行于入射光的振動，該方案需要假設兩振動模式近簡并且相互垂直。最新的研究表明這個假設并不總是成立的，因此對于單個振動模式的獨立標定才是有意義的。已有報道利用四象限探測儀直接對單個振動模式進行測量，但該設計裝置復雜，光路調節要求高，并且由于采用自由光路，不適合應用于極低溫和強磁場等極端環境。強磁場中心提出的探測懸臂梁微米線振動模式的新方案，是使用自建的微透鏡光纖干涉儀，結合激光與微米線相互作用的散射效應和干涉效應，實現了對微米線多個振動模式的獨立實驗直接標定，不需對其振動模式引入任何先驗的假設。

　　這一研究結果可以將基于微米線機械振子的靈敏質量探測和基于微納機械振子的矢量力矩磁探測等應用拓展到極低溫和強磁場等極端環境條件。